CN213515551U - 接触式位移传感器自动标定装置 - Google Patents

Abstract

一种接触式位移传感器自动标定装置，涉及传感器检测与标定技术领域，其能够实现接触式位移传感器的快速、高精度自动标定。接触式位移传感器自动标定装置中，开关电源提供直流供电电压，精密电源模块为位移传感器提供工作电压，计算机对标定执行机构进行运动控制并获取位移传感器输出的电压数据，AD转换模块采集位移传感器输出的电压信号并将电压信号转换为数字信号发送给计算机，计算机依次与步进电机控制器、步进电机驱动器及标定执行机构的步进电机连接，计算机向步进电机控制器发送控制命令、步进电机控制器对控制命令解码后给步进电机驱动器发送运行方向和运行步距的信号、步进电机驱动器实现对步进电机的转动方向和转动速度的控制。

Description

接触式位移传感器自动标定装置

技术领域

本实用新型涉及传感器检测与标定技术领域，尤其涉及一种接触式位移传感器自动标定装置。

背景技术

接触式位移传感器通过测量头与被测运动物体接触，根据测量头在传感器主体中伸缩时的对外输出变化的电压信号，以对被测物体运动位移进行测试，该传感器可广泛应用于数十毫米范围内小位移量的检测，在工业测量领域得到大量应用。

其中，位移传感器输出电压与位移一般呈线性关系，受传感器制造工艺的差异，不同传感器出厂时其电压-位移数据间直线方程关系不一定完全一致，为提高测试精度，需进行必要的出厂标定。此外，传感器长期频繁使用后其机械部件可能发生磨损，导致位移-电压对应关系发生改变，若不进行再次标定将影响后续测量准确性。

具体地，传统的标定方式通常采用手动方式让传感器测量头下压一小位移时记录该时刻输出电压值，并用量尺测量实际下压的位移值，得出一组位移-电压数据点，第二次测试时下压一个较大的位移，并记录该时刻输出电压值，得出另一组位移-电压数据点，最后求解出经过两组数据点的直线方程，作为该传感器的标定结果。

然而，本申请发明人发现，现有技术中的标定方式在测试时费时费力，效率低下，且测试传感器位移时精度低，此外仅采用两点标定方法，也无法保证较高的标定精度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种接触式位移传感器自动标定装置，其能够实现接触式位移传感器的快速、高精度自动标定。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种接触式位移传感器自动标定装置，包括：计算机，步进电机控制器，步进电机驱动器，标定执行机构，AD转换模块，开关电源，以及精密电源模块；

所述计算机为标定装置的控制单元，用于对所述标定执行机构进行运动控制，并获取位移传感器输出的电压数据；

所述开关电源用于为所述AD转换模块、所述步进电机控制器、所述步进电机驱动器和所述精密电源模块提供直流供电电压；

所述精密电源模块具有稳压作用、能够输出高精度稳定的直流电压，用于为所述位移传感器提供工作电压；

所述AD转换模块用于采集所述位移传感器输出的电压信号，并将电压信号转换为数字信号，以发送给所述计算机；

所述计算机与所述步进电机控制器连接，所述步进电机控制器与所述步进电机驱动器连接，所述步进电机驱动器与所述标定执行机构的步进电机连接；所述计算机向所述步进电机控制器发送控制命令，所述步进电机控制器对控制命令解码后给所述步进电机驱动器发送运行方向和运行步距的信号，所述步进电机驱动器实现对所述步进电机的转动方向和转动速度的控制。

具体地，所述AD转换模块通过RS485串口通讯的方式将所述位移传感器的信号发送给所述计算机。

具体地，所述计算机通过RS485串口通讯的方式向所述步进电机控制器发送控制命令。

实际应用时，所述标定执行机构包括：安装组件，所述安装组件装配有位移传感器固定组件、运动组件和位移显示组件；所述位移传感器固定组件用于固定所述位移传感器，所述运动组件包括有所述步进电机，且所述位移显示组件与所述运动组件连接。

其中，所述安装组件包括：安装底板，以及分别固定在所述安装底板两端的第一安装侧板和第二安装侧板；所述第一安装侧板与所述第二安装侧板相互平行，且分别垂直于所述安装底板分布。

其中，所述运动组件包括：安装于所述第一安装侧板的所述步进电机，所述步进电机的输出轴与丝杠的一端同轴固定连接，所述丝杠穿设过滑块、且所述丝杠与所述滑块通过丝杠传动副连接，所述丝杠的另一端固定安装于轴承的内圈中，且所述轴承的外圈固定安装于所述第二安装侧板；所述安装底板具有滑槽，所述丝杠转动能够带动所述滑块沿所述滑槽方向移动。

具体地，所述滑块的侧壁安装有测量挡板，所述测量挡板用于实现所述滑块移动时接触所述位移传感器的测量头，以使所述位移传感器的测量头移动，且所述位移传感器输出与位移量对应的电压信号。

进一步地，所述滑块的另一相对侧壁安装有容栅位移传感器固定板，用于所述滑块移动时带动容栅位移传感器移动。

其中，所述位移显示组件包括：滑杆和所述容栅位移传感器；所述滑杆的一端固定安装于所述第一安装侧板，另一端固定安装于所述第二安装侧板；所述容栅位移传感器安装于所述滑杆，并能够沿所述滑杆自由移动。

其中，所述位移传感器固定组件包括：传感器固定块和固定螺栓；所述传感器固定块固定安装于所述安装底板，且所述传感器固定块开设有安装槽和螺纹孔，所述固定螺栓与所述螺纹孔通过螺旋副连接，旋紧所述固定螺栓能够将所述位移传感器固定安装于所述传感器固定块的所述安装槽内。

相对于现有技术，本实用新型所述的接触式位移传感器自动标定装置具有以下优势：

本实用新型提供的接触式位移传感器自动标定装置中，由于开关电源能够提供直流供电电压，精密电源模块能够为位移传感器提供工作电压，计算机能够对标定执行机构进行运动控制、并获取位移传感器输出的电压数据，AD转换模块能够采集位移传感器输出的电压信号、并将电压信号转换为数字信号发送给计算机，且计算机与步进电机控制器连接、步进电机控制器与步进电机驱动器连接、步进电机驱动器与标定执行机构的步进电机连接，计算机向步进电机控制器发送控制命令、步进电机控制器对控制命令解码后给步进电机驱动器发送运行方向和运行步距的信号、步进电机驱动器实现对步进电机的转动方向和转动速度的控制，因此本实用新型提供的接触式位移传感器自动标定装置，能够通过计算机控制步进电机转动，并记录测试过程中多组位移传感器输出电压值和测量头下压位移值，经数据线性拟合后得出接触式位移传感器的标定方程，从而实现接触式位移传感器的快速、高精度自动标定。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的接触式位移传感器自动标定装置的逻辑框图；

图2为本实用新型实施例提供的接触式位移传感器自动标定装置中标定执行机构的第一视角结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的接触式位移传感器自动标定装置中标定执行机构的第二视角结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的接触式位移传感器自动标定装置中标定执行机构的工作原理示意图；

图5为本实用新型实施例提供的接触式位移传感器自动标定装置中计算机的测试界面示意图。

附图标记：

1-计算机；2-步进电机控制器；3-步进电机驱动器；4-标定执行机构；5-AD转换模块；6-位移传感器；7-开关电源；8-精密电源模块；

41-安装组件；411-安装底板；412-第一安装侧板；413-第二安装侧板；

42-运动组件；421-步进电机；422-丝杠；423-滑块；424-测量挡板；425-容栅位移传感器固定板；426-轴承；

43-位移显示组件；431-滑杆；432-容栅位移传感器；

44-位移传感器固定组件；441-传感器固定块；442-固定螺栓；

61-位移传感器测量头；62-位移传感器主体；100-计算机显示屏；101-位移步进距离文本框；102-传感器需运行总位移文本框；103-开始测试按键；104-数据拟合按键；105-标定结果文本框；106-数据线性度文本框；107-正转按键；108-反转按键。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合说明书附图，对本实用新型实施例提供的接触式位移传感器自动标定装置进行详细描述。

本实用新型实施例提供一种接触式位移传感器自动标定装置，如图1所示，包括：计算机1，步进电机控制器2，步进电机驱动器3，标定执行机构4，AD转换模块5，开关电源7，以及精密电源模块8；

其中，计算机1为标定装置的控制单元，用于对标定执行机构4进行运动控制，并获取位移传感器6输出的电压数据；

开关电源7用于为AD转换模块5、步进电机控制器2、步进电机驱动器3和精密电源模块8提供直流供电电压；

精密电源模块8具有稳压作用、能够输出高精度稳定的直流电压，用于为位移传感器6提供工作电压（由于位移传感器6输出电压数据的稳定性会受供电电压影响，因此采用精密电源模块8为位移传感器6提供工作电压）；

AD转换模块5用于采集位移传感器6输出的电压信号，并将电压信号转换为数字信号，以发送给计算机1；

计算机1与步进电机控制器2连接，步进电机控制器2与步进电机驱动器3连接，步进电机驱动器3与标定执行机构4的步进电机421连接；计算机1向步进电机控制器2发送控制命令，步进电机控制器2对控制命令解码后给步进电机驱动器3发送运行方向和运行步距的信号，步进电机驱动器3实现对步进电机421的转动方向和转动速度的控制。

相对于现有技术，本实用新型实施例所述的接触式位移传感器自动标定装置具有以下优势：

本实用新型实施例提供的接触式位移传感器自动标定装置中，由于开关电源7能够提供直流供电电压，精密电源模块8能够为位移传感器6提供工作电压，计算机1能够对标定执行机构4进行运动控制、并获取位移传感器6输出的电压数据，AD转换模块5能够采集位移传感器6输出的电压信号、并将电压信号转换为数字信号发送给计算机1，且计算机1与步进电机控制器2连接、步进电机控制器2与步进电机驱动器3连接、步进电机驱动器3与标定执行机构4的步进电机421连接，计算机1向步进电机控制器2发送控制命令、步进电机控制器2对控制命令解码后给步进电机驱动器3发送运行方向和运行步距的信号、步进电机驱动器3实现对步进电机421的转动方向和转动速度的控制，因此本实用新型实施例提供的接触式位移传感器自动标定装置，能够通过计算机1控制步进电机421转动，并记录测试过程中多组位移传感器6输出电压值和测量头下压位移值，经数据线性拟合后得出接触式位移传感器的标定方程，从而实现接触式位移传感器的快速、高精度自动标定。

具体地，如图1所示，上述AD转换模块5可以通过RS485串口通讯的方式将位移传感器6的信号发送给计算机1。

具体地，如图1所示，上述计算机1可以通过RS485串口通讯的方式向步进电机控制器2发送控制命令。

实际应用时，如图2和图3所示，上述标定执行机构4可以包括：安装组件41，该安装组件41装配有位移传感器固定组件44、运动组件42和位移显示组件43；其中，位移传感器固定组件44能够用于固定位移传感器6，运动组件42包括有上述步进电机421，且位移显示组件43与运动组件42连接。

具体地，如图2和图3所示，上述安装组件41可以包括：矩形结构的安装底板411，以及分别固定在该安装底板411两端的第一安装侧板412和第二安装侧板413；优选地，第一安装侧板412与第二安装侧板413相互平行，且分别垂直于安装底板411分布。

具体地，如图2和图3所示，上述运动组件42可以包括：安装于第一安装侧板412的所述步进电机421，该步进电机421的输出轴与丝杠422的一端同轴固定连接，丝杠422穿设过滑块423、且丝杠422与滑块423通过丝杠传动副连接，丝杠422的另一端固定安装于轴承426的内圈中，且轴承426的外圈固定安装于第二安装侧板413，以实现丝杠422的自由转动；安装底板411可以具有滑槽，从而丝杠422转动能够带动滑块423沿该滑槽方向移动。

进一步地，如图2和图3所示，上述滑块423的侧壁可以安装有测量挡板424，该测量挡板424能够用于实现滑块423移动时接触位移传感器6的测量头，以使位移传感器6的测量头移动，且位移传感器6输出与位移量对应的电压信号。

更进一步地，如图2和图3所示，上述滑块423的另一相对侧壁可以安装有容栅位移传感器固定板425，用于滑块423移动时带动容栅位移传感器432移动。

具体地，如图2和图3所示，上述位移显示组件43可以包括：滑杆431和容栅位移传感器432；滑杆431的一端可以固定安装于第一安装侧板412，另一端可以固定安装于第二安装侧板413；容栅位移传感器432安装于滑杆431，并能够沿该滑杆431自由移动，从而滑块423上的测量挡板424下压位移传感器6的测量头过程中、容栅位移传感器固定板425能够带动容栅位移传感器432在滑杆431上同步移动，进而移动距离数值可通过电子屏数显，供测试过程中操作者参考。

具体地，如图2和图3所示，上述位移传感器固定组件44可以包括：传感器固定块441和固定螺栓442；传感器固定块441可以固定安装于安装底板411，且传感器固定块441可以开设有安装槽和螺纹孔，固定螺栓442可以与该螺纹孔通过螺旋副连接，从而旋紧固定螺栓442能够将位移传感器6固定安装于传感器固定块441的安装槽内。

下面借助附图对本实用新型实施例提供的接触式位移传感器自动标定装置的标定过程及工作原理进行详细说明：

如图1-图3结合图4和图5所示，位移传感器主体62固定安装于传感器固定块441后，操作计算机1的正转按键107或反转按键108使其控制步进电机421带动丝杠422缓慢转动，使滑块423缓慢移动，直至测量挡板424与位移传感器测量头61刚好接触时步进电机421停止转动，此时找到位移传感器6的零位移点，操作容栅位移传感器432数据清零，显示当前传感器位移值“0.00 mm”。如计算机显示屏100上所示，设置好标定过程中的位移步进距离文本框101和标定过程中的传感器需运行总位移文本框102，单击开始测试按键103，随后步进电机421根据步进距离值和总位移值换算出的转动圈数开始转动，使测量挡板424开始下压位移传感器测量头61，同时容栅位移传感器432显示连续变化的位移数据。位移传感器测量头61每移动一个位移步进距离时，计算机1记录下该时刻位移传感器测量头61移动的总位移和位移传感器6输出的电压数据。当位移传感器测量头61移动到预设的总位移时步进电机421停止转动，操作者单击数据拟合按键104，计算机1对获得的多组位移-电压数据进行线性拟合，并将拟合直线方程和数据线性度显示于标定结果文本框105和数据线性度文本框106中，完成位移传感器6标定结果的显示（如图4中所示，曲线箭头代表丝杠422的转动方向、直线箭头代表滑块423的移动方向，“5.00 mm”为移动后传感器位移值、也即移动距离为5.00 mm）。

综上所述，本实用新型实施例提供的接触式位移传感器自动标定装置主要具有以下几点优势：

一、采用步进电机可精密控制位移传感器测量头的移动距离，采用精密电源模块可确保传感器电压数据输出准确可靠，有利于提高标定过程的数据精度；

二、标定装置自动化程度高，设置好测试步距和总位移值后即开始自动测试，一次测试可自动获得多组传感器位移-电压数据，测试结束后自动分析数据，得出位移-电压拟合函数和传感器线性度。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种接触式位移传感器自动标定装置，其特征在于，包括：计算机，步进电机控制器，步进电机驱动器，标定执行机构，AD转换模块，开关电源，以及精密电源模块；

所述计算机为标定装置的控制单元，用于对所述标定执行机构进行运动控制，并获取位移传感器输出的电压数据；

所述开关电源用于为所述AD转换模块、所述步进电机控制器、所述步进电机驱动器和所述精密电源模块提供直流供电电压；

所述精密电源模块具有稳压作用、能够输出高精度稳定的直流电压，用于为所述位移传感器提供工作电压；

所述AD转换模块用于采集所述位移传感器输出的电压信号，并将电压信号转换为数字信号，以发送给所述计算机；

所述计算机与所述步进电机控制器连接，所述步进电机控制器与所述步进电机驱动器连接，所述步进电机驱动器与所述标定执行机构的步进电机连接；所述计算机向所述步进电机控制器发送控制命令，所述步进电机控制器对控制命令解码后给所述步进电机驱动器发送运行方向和运行步距的信号，所述步进电机驱动器实现对所述步进电机的转动方向和转动速度的控制。

2.根据权利要求1所述的接触式位移传感器自动标定装置，其特征在于，所述AD转换模块通过RS485串口通讯的方式将所述位移传感器的信号发送给所述计算机。

3.根据权利要求1或2所述的接触式位移传感器自动标定装置，其特征在于，所述计算机通过RS485串口通讯的方式向所述步进电机控制器发送控制命令。

4.根据权利要求1所述的接触式位移传感器自动标定装置，其特征在于，所述标定执行机构包括：安装组件，所述安装组件装配有位移传感器固定组件、运动组件和位移显示组件；

所述位移传感器固定组件用于固定所述位移传感器，所述运动组件包括有所述步进电机，且所述位移显示组件与所述运动组件连接。

5.根据权利要求4所述的接触式位移传感器自动标定装置，其特征在于，所述安装组件包括：安装底板，以及分别固定在所述安装底板两端的第一安装侧板和第二安装侧板；

所述第一安装侧板与所述第二安装侧板相互平行，且分别垂直于所述安装底板分布。

6.根据权利要求5所述的接触式位移传感器自动标定装置，其特征在于，所述运动组件包括：安装于所述第一安装侧板的所述步进电机，所述步进电机的输出轴与丝杠的一端同轴固定连接，所述丝杠穿设过滑块、且所述丝杠与所述滑块通过丝杠传动副连接，所述丝杠的另一端固定安装于轴承的内圈中，且所述轴承的外圈固定安装于所述第二安装侧板；

所述安装底板具有滑槽，所述丝杠转动能够带动所述滑块沿所述滑槽方向移动。

7.根据权利要求6所述的接触式位移传感器自动标定装置，其特征在于，所述滑块的侧壁安装有测量挡板，所述测量挡板用于实现所述滑块移动时接触所述位移传感器的测量头，以使所述位移传感器的测量头移动，且所述位移传感器输出与位移量对应的电压信号。

8.根据权利要求6或7所述的接触式位移传感器自动标定装置，其特征在于，所述滑块的另一相对侧壁安装有容栅位移传感器固定板，用于所述滑块移动时带动容栅位移传感器移动。

9.根据权利要求8所述的接触式位移传感器自动标定装置，其特征在于，所述位移显示组件包括：滑杆和所述容栅位移传感器；

所述滑杆的一端固定安装于所述第一安装侧板，另一端固定安装于所述第二安装侧板；

所述容栅位移传感器安装于所述滑杆，并能够沿所述滑杆自由移动。

10.根据权利要求5所述的接触式位移传感器自动标定装置，其特征在于，所述位移传感器固定组件包括：传感器固定块和固定螺栓；

所述传感器固定块固定安装于所述安装底板，且所述传感器固定块开设有安装槽和螺纹孔，所述固定螺栓与所述螺纹孔通过螺旋副连接，旋紧所述固定螺栓能够将所述位移传感器固定安装于所述传感器固定块的所述安装槽内。

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